如图所示,半径为R的光滑半圆环轨道竖直固定在一水平光滑的桌面上,桌面距水平地面的高度也为R,在桌面上轻质弹簧被a、b两个

如图所示,半径为R的光滑半圆环轨道竖直固定在一水平光滑的桌面上,桌面距水平地面的高度也为R,在桌面上轻质弹簧被a、b两个小球挤压(小球与弹簧不拴接),处于静止状态.同时释放两个小球,小球a、b与弹簧在水平桌面上分离后,a球从B点滑上光滑半圆环轨道并恰能通过半圆环轨道最高点A,b球则从桌面C点滑出后落到水平地面上.已知小球a质量为m,b质量为2m,重力加速度为g.求:
(1)释放后a球离开弹簧时的速度大小.
(2)b球离开桌面后,落地点距桌子右侧的水平距离.
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guyitianshi163 幼苗

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解题思路:(1)由牛顿第二定律求出A球到达最高点时的速度,由机械能守恒定律求出球的速度;
(2)由动量守恒定律求出b的速度,由平抛运动规律求出b的水平位移.

(1)a球恰能通过半圆环轨道最高点A,重力提供向心力,
由牛顿第二定律得:mg=m

v2A
R,
a球从B运动到A过程中机械能守恒,
由机械能守恒定律得:[1/2]mva2=[1/2]mvA2+mg•2R,
解得:va=
5gR;
(2))以a、b、弹簧组成的系统为研究对象,在释放弹簧过程中,系统动量守恒,
以b的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:mbvb-mava=0,解得:vb=

5gR
2,
b球则从桌面C点滑出做平抛运动,
在竖直方向上:h=
1
2gt2,
在水平方向上:x=vct,
解得:x=

5
2R;
答:(1)释放后a球离开弹簧时的速度大小为
5gR;
(2)b球离开桌面后,落地点距桌子右侧的水平距离x=

5
2R.

点评:
本题考点: 动量守恒定律;向心力;机械能守恒定律.

考点点评: 本题考查了求球的速度、球的水平位移,分析清楚运动过程是正确解题的前提,应用动量守恒定律与牛顿第二定律、平抛运动知识即可正确解题,解题时要注意隐含条件:球恰好通过圆环最高点的条件是:重力提供向心力.

1年前

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